大概念在中學(xué)物理教學(xué)中的實施路徑探析

摘 要：基于大概念的中學(xué)物理教學(xué)是實現(xiàn)有效教學(xué)、落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑.篩選物理學(xué)科大概念可以從學(xué)生前概念分析、確定學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”、注重學(xué)生知識的遷移能力及熟悉物理課程標準四個要素展開;具體可通過“以大概念為主題的單元教學(xué)設(shè)計”來實現(xiàn)物理學(xué)科大概念的教學(xué);最后根據(jù)“增值評價”的方式來評價以大概念為主題的教學(xué)實施效果.

關(guān)鍵詞：物理學(xué)科;大概念;概念篩選;單元主題教學(xué);增值評價

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1008-4134（2021）17-0002-03

基金項目：西南大學(xué)教師教育學(xué)院2020年度培育基金團隊項目（項目編號：JSJY2020001）.

作者簡介：關(guān)亞琴（1987-），女，寧夏固原人，博士研究生，研究方向：物理課程與教學(xué)論.

物理學(xué)科大概念可以提升教師和學(xué)生對學(xué)科本質(zhì)的把握，有助于教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，有利于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落實.那么，如何實現(xiàn)物理學(xué)科大概念在物理教學(xué)中的實踐？本文將通過“概念篩選—單元主題教學(xué)—增值評價”三個步驟來實現(xiàn)物理學(xué)科大概念在教學(xué)中的實踐.

1 概念篩選

誠然，對大概念篩選的研究很多，因物理隸屬于科學(xué)，這里主要以哈倫在《科學(xué)教育的原則和大概念》中提煉科學(xué)大概念的方法為主.首先考慮的是兒童的前概念，并認為“必須要以兒童的概念作為起點，以進展到更為科學(xué)的概念，并與兒童的經(jīng)驗擴展相適應(yīng)[1].”所以在篩選大概念時，首要考慮的是如何改變學(xué)生的前概念，逐漸擴展到能解釋更廣范圍的大概念.比如高中物理必修一中的“速度”概念，學(xué)生的前概念中只有“速度是路程與時間的比值”這一定義，沒有“單位時間內(nèi)物體發(fā)生的位移與所用時間的比值”這一定義.當(dāng)講完“速度”概念，很多學(xué)生會在前概念中停留很長時間才會轉(zhuǎn)變，所以這時候要考慮如何讓學(xué)生從初中對“速度”的前概念中跳出來，圍繞“速度”這一大概念群設(shè)計教學(xué)，進而更好地學(xué)習(xí)“平均速度”“瞬時速度”“平均速率”“瞬時速率”等概念.

另外，物理學(xué)科大概念不是無限大，而是在學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi).學(xué)生建構(gòu)大概念的過程，是一個循序漸進的過程，不斷發(fā)現(xiàn)“最近發(fā)展區(qū)”，學(xué)生從一個“最近發(fā)展區(qū)”到另一個新的“最近發(fā)展區(qū)”，大概念就是這樣不斷生成[2].比如人教版高中物理“運動和相互作用”，共分四個章節(jié).第一章“運動的描述”，主要介紹運動學(xué)中“質(zhì)點”“位移”“速度”“加速度”等基本概念和最基礎(chǔ)的實驗“用打點計時器測速度”.這里最重要，也最難的概念便是“加速度”，學(xué)生的認知系統(tǒng)里從來沒有出現(xiàn)過這個概念，運動狀態(tài)也變得復(fù)雜起來，不再是初中所講的直線運動或勻速直線運動，因而要研究學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，以“加速度”這一大概念為主題組織單元教學(xué)，在學(xué)完“牛頓運動定律”為主題的大概念群后，學(xué)生自然就明白“加速度”的內(nèi)涵更為深刻.

再次，使用什么樣的標準有利于提煉物理學(xué)科大概念？在《科學(xué)教育的原則和大概念》中提到：1.能夠遷移應(yīng)用到校外生活當(dāng)中;2.能夠在現(xiàn)實生活當(dāng)中做出有利于健康、環(huán)境及能源的決策;3.能夠解答現(xiàn)實生活中有關(guān)科學(xué)方面的問題，并產(chǎn)生愉悅之情;4.有人文底蘊，如反映科學(xué)史上的成就[1].因而，提升學(xué)生對物理知識的遷移能力是首要任務(wù)，而這也符合物理學(xué)科大概念具有可遷移性的特點.比如“能量”這一概念，高中不僅僅要知道“能量”“能量守恒定律”，合上教材，離開學(xué)校，在日常生活中也應(yīng)該會用“能量守恒定律”解釋人與自然、人與社會的普遍規(guī)律，知道過度破壞環(huán)境會破壞人與自然之間的和諧共生.除此之外，還應(yīng)該了解物理學(xué)史上，是誰首先提出了“能量”“能量守恒定律”，是在哪種背景下提出這些概念的，是為解決什么問題而提出的，如果教師以這樣的問題群建構(gòu)大概念，學(xué)生不僅能深刻領(lǐng)會這些概念，還會掌握這種方法，使得教學(xué)達到事半功倍的效果.

最后，要提煉物理學(xué)科核心素養(yǎng)還要加強對物理課標的研讀.《普通高中物理課程標準（2017年版）》是統(tǒng)領(lǐng)高中物理教學(xué)的尺規(guī)，不僅對高中物理教學(xué)達到什么樣的目標有一定的要求，對每個章節(jié)教哪些知識，做哪些實驗都有更為細化的要求.另外，新版課標還研制了學(xué)業(yè)質(zhì)量標準以及物理學(xué)科核心素養(yǎng)水平劃分，對教學(xué)給了較為細致的評估標準.因而，在篩選物理學(xué)科大概念時除了考慮學(xué)生的前概念、“最近發(fā)展區(qū)”及篩選標準外，還應(yīng)考慮物理課程標準.如此，基于大概念的物理教學(xué)才能真正有利于學(xué)生的發(fā)展.

2 以物理學(xué)科大概念為主體的單元教學(xué)設(shè)計

教學(xué)設(shè)計專家格斯塔弗森（K.L.Gustafson）指出，教學(xué)設(shè)計是用以描述包括分析教學(xué)內(nèi)容、確定教學(xué)方法、指導(dǎo)實驗和修改以及評定學(xué)習(xí)的整個過程[3].瑞奇（R.Richey）認為，教學(xué)設(shè)計是為了便于學(xué)習(xí)各種大小不同的學(xué)科單元，而對學(xué)習(xí)情景的發(fā)展、評價進行詳細規(guī)劃的科學(xué)[4].可見，格斯塔弗森是從過程的角度對教學(xué)設(shè)計進行定義，與瑞奇根據(jù)系統(tǒng)的特性描述教學(xué)設(shè)計的定義有所不同.我國學(xué)者認為，教學(xué)設(shè)計指“對整個教學(xué)系統(tǒng)的規(guī)劃，是教師教學(xué)準備工作的組成部分，是在分析學(xué)習(xí)者特點、教學(xué)目標、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)條件以及教學(xué)系統(tǒng)組成部分特點的基礎(chǔ)上統(tǒng)籌全局，提出教學(xué)具體方案，包括一節(jié)課進行過程中的教學(xué)結(jié)構(gòu)、教學(xué)方式、教學(xué)方法、知識來源、板書設(shè)計等[5].”

可見，教學(xué)設(shè)計就是為了整個教學(xué)活動而繪制的教學(xué)藍圖.通過教學(xué)設(shè)計，教師可以對教學(xué)活動的基本過程有整體的把握，可以根據(jù)教學(xué)情境需要和教學(xué)對象的特點確定合理的教學(xué)目標，實施可行的評價方案，從而保證教學(xué)活動的順利進行[6].教學(xué)設(shè)計分為宏觀、中觀和微觀三個層面：宏觀設(shè)計指一學(xué)期或一門課的教學(xué)計劃;微觀設(shè)計指一節(jié)課的教案;中觀設(shè)計指一個單元或一個模塊，是上承宏觀設(shè)計中的課程標準，下接微觀設(shè)計中的教案間的橋梁[7].以往的教學(xué)缺乏對一個單元或一個模塊的中觀設(shè)計的重視，因而在教學(xué)過程中存在宏觀和微觀之間斷層的現(xiàn)象，造成學(xué)生所學(xué)零散瑣碎.物理學(xué)科大概念可以整合物理內(nèi)容，從知識、方法及思想和精神層面建構(gòu)知識結(jié)構(gòu).因此，高中物理教師應(yīng)該重視以物理學(xué)科大概念為主題的單元教學(xué)設(shè)計，具體如圖1所示.

前面提到提煉物理學(xué)科大概念的方法，確定物理學(xué)科大概念是首要步驟.然后，按照物理學(xué)科大概念確定教學(xué)主題.比如以滬科版教材高中《物理》選修3-1中的“磁場”為例.首先，我們要分析磁場中所涵蓋的物理小概念，這里主要分析課標中的要求、教材的邏輯結(jié)構(gòu)及呈現(xiàn)方式、學(xué)生認知系統(tǒng)有關(guān)磁場的前概念及學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”.然后根據(jù)這些小概念，提煉“磁場”中的大概念.本研究認為有兩個大概念，一是“磁場”的物質(zhì)性;二是用實驗的方法認識磁場.也就是說，這部分有兩大主題，第一是讓學(xué)生認識到“磁場”的物質(zhì)性，可以通過查閱資料，了解古代科技史對“磁場”相關(guān)概念的提出引申到現(xiàn)代“磁場”的應(yīng)用，進而擴充至第二個主題“用實驗的方法認識磁場”.根據(jù)“磁場”的兩個物理學(xué)科大概念，結(jié)合課標提出本單元的課程目標，進而設(shè)計單元教學(xué)設(shè)計;再結(jié)合符合學(xué)生認知發(fā)展的教學(xué)方法具體到教學(xué)實施當(dāng)中;最后通過多元評價綜合評估并進行反思，不斷修正教學(xué)目標.

如此反復(fù)，經(jīng)過教材和學(xué)情分析、提煉物理學(xué)科大概念;以物理學(xué)科大概念為主題設(shè)計單元教學(xué)目標;通過教學(xué)實施、學(xué)生總結(jié)、心得交流等步驟評價和反思教學(xué).進而修改單元設(shè)計，方能有效地完成本章的單元教學(xué)任務(wù).

3 以增值評價來促進物理學(xué)科大概念的落實

教育評價是依據(jù)一定的教育目標，通過使用一定的技術(shù)和方法對各種教育活動、教育過程和教育結(jié)果進行科學(xué)判定的過程[6].教育評價主要有學(xué)生評價、教師評價及學(xué)校管理評價等幾個領(lǐng)域.其中，學(xué)生評價為教育評價的主體.隨著時代的發(fā)展，學(xué)生評價不再以單一的紙筆測驗為主要評價工具，而趨于多元評價方式.2020年10月13日，中共中央國務(wù)院印發(fā)了《深化新時代教育評價改革總體方案》，要求堅決克服唯分數(shù)、唯升學(xué)等頑瘴痼疾，積極探索促進學(xué)生全面發(fā)展的多元評價方法[8].

增值性評價是指通過追蹤研究設(shè)計，收集學(xué)生在一段時間內(nèi)不同時間點上的標準化測驗成績;基于學(xué)生自身測驗成績的縱向比較，并考慮其他不受學(xué)?；蚪處熆刂频囊蛩貙W(xué)生成績的影響（如學(xué)生的原有成績水平、人口學(xué)因素、家庭背景信息以及學(xué)校周圍地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平等）[9].該評價最早由美國學(xué)者詹姆斯科爾曼在1966年向美國國會提交了一份題為《關(guān)于教育機會均等性的報告》（簡稱“科爾曼報告”），其研究結(jié)論引發(fā)了世界范圍內(nèi)關(guān)于學(xué)校效能評價的爭論后而引起注意.美國田納西大學(xué)的兩位統(tǒng)計學(xué)家威廉·桑德斯 （William Sanders）和羅伯特·麥克萊恩 （Robert McLean）于1988年發(fā)表論文，提出了采用學(xué)生成績數(shù)據(jù)來評價教師的增值評價法，即桑德斯模式 （the Sanders Model）[10].至此，增值評價法開始在學(xué)界持續(xù)推進.

增值評價使用多種水平模型對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并將上述因素對學(xué)生成績的影響與學(xué)?；蚪處煂W(xué)生成績的效應(yīng)分離開來，追蹤學(xué)生在一段時間內(nèi)學(xué)業(yè)上的變化，考查學(xué)?；蚪處煂W(xué)生學(xué)業(yè)成績影響的凈效應(yīng)，進而實現(xiàn)對學(xué)校或教師效能較為科學(xué)、客觀的評價[11].因而，增值評價首先注重學(xué)生的全面發(fā)展，破除了“唯分數(shù)”為主的教學(xué)評價方式，注重學(xué)生學(xué)習(xí)“輸入—過程—輸出”的過程，強調(diào)變量指標的一致性;其次，增值評價有利于教育公平，對資源分配不均衡的區(qū)域、民族學(xué)校的學(xué)生統(tǒng)籌兼顧，多元評價學(xué)生的發(fā)展，兼顧學(xué)生的個性差異;第三，增值是一種標準，增值評價是對學(xué)生在入校前后接受一段時間教育后，不同方面素質(zhì)進步程度差異性的價值判斷.因而，可以把增值評價理解為一種多元的評價方式.

物理學(xué)科大概念的建構(gòu)過程是一個復(fù)雜的過程，綜合了課標、教材、學(xué)情等多方面因素.在教學(xué)過程中，以大概念為主題的單元教學(xué)，涵蓋知識、方法、思想和精神等.因而評價不能僅僅通過紙筆測驗來評定教學(xué)的好壞，用“增值評價”的方法來評估以物理學(xué)科大概念為主題的單元教學(xué)是一種較為合理的評價方式.首先，要提出以物理學(xué)科大概念為主題的單元教學(xué)評價目標.具體可參考物理學(xué)科核心素養(yǎng)學(xué)業(yè)質(zhì)量標準及學(xué)生德、智、體、美、勞全面發(fā)展目標，評價目標要注重學(xué)生所在區(qū)域資源差異及學(xué)生自身的個性差異.其次，確定評價主體及對象.過去，評價學(xué)生的主體主要有學(xué)校和教師，對象則理所應(yīng)當(dāng)是學(xué)生.增值評價則考慮到家長和社會對學(xué)生的評價，通過家校聯(lián)合的方式進行多元評價.比如教師可通過對家長訪談的方式，考查學(xué)生在社會生活當(dāng)中，是否能將學(xué)校所學(xué)知識遷移應(yīng)用到現(xiàn)實生活當(dāng)中.第三，評價指標及量表的構(gòu)建.以物理科學(xué)大概念為主題的單元教學(xué)是否比普通教學(xué)模式更有利于學(xué)生的發(fā)展，則需要通過研制評價指標和量表來評定.教師以物理學(xué)科大概念為一級指標，以小概念為二級指標，從知識、方法、思想和精神及對這些指標的遷移應(yīng)用角度評價學(xué)生，具體可通過觀察、訪談、月考、工作日志及家長訪談等多種方式制定評價指標，并確定量表.

4 結(jié)束語

新世紀以來，互聯(lián)網(wǎng)尤其是人工智能的問世使世界發(fā)生了深刻的變化，社會知識更替加速，社會對人才的訴求更加多元，教育的使命更加注重人的發(fā)展，繼而更加注重“以人為本”和“立德樹人”的理念.如何落實學(xué)生的核心素養(yǎng)是每位課程專家、一線教師亟待解決的問題，而以物理學(xué)科核心素養(yǎng)為主題的單元教學(xué)設(shè)計則為解決這一問題提供了新的思路，學(xué)?？梢院脱芯吭盒：献髟O(shè)計以物理學(xué)科大概念為主題的“探究專題”，如物理學(xué)與新型能源、物理學(xué)與傳統(tǒng)文化的融合等.然而，本研究僅僅從學(xué)理上分析了物理學(xué)科大概念的價值及實施路徑，但以物理學(xué)科大概念為主題的單元教學(xué)是否能達到預(yù)期的教學(xué)效果，則需要設(shè)計完整的單元教學(xué)設(shè)計且付諸實踐，并研制基于物理學(xué)科大概念為主題的單元教學(xué)設(shè)計評價指標體系和量表來測評才足以證明這一舉措的有效性，這將是本研究后續(xù)深入的重心.

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（收稿日期：2021-06-22）